×
27.09.2015
216.013.7efd

Результат интеллектуальной деятельности: СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Технический результат - повышение надежности. Стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий полевой транзистор, затвор которого шунтирован параллельной цепью из обратно включенного первого диода и первого резистора, а сток подключен к точке соединения анода переключающего диода и первого вывода дросселя, второй вывод которого подсоединен к первому входному выводу, соединенному через входной конденсатор со вторым входным выводом, объединенным с истоком регулирующего полевого транзистора и первым выходным выводом, соединенным через выходной конденсатор с точкой соединения катода переключающего диода, второго выходного вывода и первого вывода выходного делителя напряжения, второй вывод которого подсоединен к первому выходному выводу, а средняя точка - к измерительному входу блока управления, общий вывод которого подключен к первому выходному выводу, эмиттерный повторитель, выходной вывод которого подсоединен к первому выводу второго резистора. Особенностью схемы является то, что введен разделительный конденсатор, включенный между вторым выводом второго резистора и затвором полевого транзистора, первый транзистор с нагрузочным резистором в цепи коллектора и дополнительный конденсатор, включенный между выводами коллектора и эмиттера первого транзистора, база которого подключена к выходному выводу блока управления, эмиттер - к первому выходному выводу, а коллектор - к входному выводу эмиттерного повторителя. При этом в предложенном устройстве блок управления, например, может состоять из генератора импульсов, выход которого подключен к входу формирователя пилообразного напряжения и к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу формирователя пилообразного напряжения, а третий вход - к выходу усилителя обратной связи, первый вход которого подсоединен к входному выводу блока управления, а второй вход - к выходу опорного элемента. В рабочем режиме при большой скважности управляющего напряжения на затворе полевого транзистора (малых длительностях отпирающих импульсов) благодаря введению дополнительного конденсатора регулирующий полевой транзистор начинает работать в линейном режиме, ограничивая уменьшение длительности управляющего напряжения, что предотвращает потерю устойчивости регулирования стабилизатором постоянного напряжения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

В настоящее время известен стабилизатор постоянного напряжения (Datasheet search site Fairchild Semiconductor Corporation FAN7529) [1], содержащий регулирующий полевой транзистор, затвор которого шунтирован первым резистором, а сток подключен к точке соединения анода переключающего диода и первого вывода дросселя, второй вывод которого подсоединен к первому входному выводу, соединенному через входной конденсатор со вторым входным выводом, объединенным с первым выходным выводом, соединенным через выходной конденсатор с точкой соединения катода переключающего диода, второго выходного вывода и первого вывода выходного делителя напряжения, второй вывод которого подсоединен к первому выходному выводу, а средняя точка - к измерительному входу блока управления, второй резистор.

Недостатком известного устройства является низкая надежность в связи с тем, что при большой скважности управляющего напряжения на затворе полевого транзистора (малых длительностях отпирающих импульсов) система управления стабилизатором постоянного напряжения теряет устойчивость регулирования и на выходе устройства возникают пульсации напряжения, превышающие предельно допустимые.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения (Datasheet search site Fairchild Semiconductor Corporation FAN4810 Evaluation Kit Users Guide) [1], содержащий регулирующий полевой транзистор, затвор которого шунтирован параллельной цепью из обратно включенного первого диода и первого резистора, а сток подключен к точке соединения анода переключающего диода и первого вывода дросселя, второй вывод которого подсоединен к первому входному выводу, соединенному через входной конденсатор со вторым входным выводом, объединенным с истоком регулирующего полевого транзистора и первым выходным выводом, соединенным через выходной конденсатор с точкой соединения катода переключающего диода, второго выходного вывода и первого вывода выходного делителя напряжения, второй вывод которого подсоединен к первому выходному выводу, а средняя точка - к измерительному входу блока управления, общий вывод которого подключен к первому выходному выводу, эмиттерный повторитель, выходной вывод которого подсоединен к первому выводу второго резистора.

Недостатком прототипа является низкая надежность в связи с тем, что при большой скважности управляющего напряжения на затворе полевого транзистора (малых длительностях отпирающих импульсов) система управления стабилизатором постоянного напряжения теряет устойчивость регулирования и на выходе устройства возникают пульсации напряжения, превышающие предельно допустимые.

Задачей изобретения является повышение надежности стабилизатора постоянного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий полевой транзистор, затвор которого шунтирован параллельной цепью из обратно включенного первого диода и первого резистора, а сток подключен к точке соединения анода переключающего диода и первого вывода дросселя, второй вывод которого подсоединен к первому входному выводу, соединенному через входной конденсатор со вторым входным выводом, объединенным с истоком регулирующего полевого транзистора и первым выходным выводом, соединенным через выходной конденсатор с точкой соединения катода переключающего диода, второго выходного вывода и первого вывода выходного делителя напряжения, второй вывод которого подсоединен к первому выходному выводу, а средняя точка - к измерительному входу блока управления, общий вывод которого подключен к первому выходному выводу, эмиттерный повторитель, выходной вывод которого подсоединен к первому выводу второго резистора, согласно изобретению введен разделительный конденсатор, включенный между вторым выводом второго резистора и затвором полевого транзистора, первый транзистор с нагрузочным резистором в цепи коллектора и дополнительный конденсатор, включенный между выводами коллектора и эмиттера первого транзистора, база которого подключена к выходному выводу блока управления, эмиттер - к первому выходному выводу, а коллектор - к входному выводу эмиттерного повторителя.

При этом в предложенном устройстве блок управления, например, может состоять из генератора импульсов, выход которого подключен к первому входу формирователя пилообразного напряжения и к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу формирователя пилообразного напряжения, а третий вход - к выходу усилителя обратной связи, первый вход которого подсоединен к входному выводу блока управления, а второй вход - к выходу опорного элемента.

При этом эмиттерный повторитель может быть выполнен на основе комплементарной пары транзисторов, объединенные базы и эмиттеры которых образуют соответственно входной и выходной выводы эмиттерного повторителя. Кроме того, эмиттерный повторитель может быть выполнен на основе второго транзистора и второго диода, включенного параллельно переходу эмиттер - база второго транзистора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На рис. 1, 2 приведена схема электрическая стабилизатора постоянного напряжения и его вариантов, на рис. 3 - диаграммы токов и напряжений на элементах устройства.

Стабилизатор постоянного напряжения на рис. 1 содержит регулирующий полевой транзистор 1, затвор которого шунтирован параллельной цепью из обратно включенного защитного диода 2 и первого резистора 3, а сток подключен к точке соединения анода переключающего диода 4 и первого вывода дросселя 5, второй вывод которого подсоединен к первому входному выводу, соединенному через входной конденсатор 6 со вторым входным выводом, объединенным с истоком регулирующего полевого транзистора 1 и первым выходным выводом, соединенным через выходной конденсатор 7 с точкой соединения катода переключающего диода 4, второго выходного вывода и первого вывода выходного делителя напряжения 8, второй вывод которого подсоединен к первому выходному выводу, а средняя точка - к измерительному входу блока управления 9, общий вывод которого подключен к первому выходному выводу, эмиттерный повторитель 10, выполненный на рис. 1 на основе комплементарной пары транзисторов, объединенные базы и эмиттеры которых образуют соответственно входной и выходной выводы эмиттерного повторителя, выходной вывод которого подсоединен к первому выводу второго резистора 11, разделительный конденсатор 12, включенный между вторым выводом второго резистора 11 и затвором полевого транзистора 1, первый транзистор 13 с нагрузочным резистором 14 в цепи коллектора и дополнительный конденсатор 15, включенный между выводами коллектора и эмиттера первого транзистора 13, база которого подключена к выходному выводу блока управления 9, эмиттер - к первому выходному выводу, а коллектор - к входному выводу эмиттерного повторителя 10.

При этом в предложенном устройстве блок управления 9, например, может состоять из генератора импульсов 16, выход которого подключен к входу формирователя пилообразного напряжения 17 и к первому входу схемы сравнения 18, второй вход которой подключен к выходу формирователя пилообразного напряжения 17, а третий вход - к выходу усилителя обратной связи 19, первый вход которого подсоединен к входному выводу блока управления 9, а второй вход - к выходу опорного элемента 20.

На рис. 2 приведен пример выполнения стабилизатора постоянного напряжения, в котором эмиттерный повторитель выполнен на основе второго транзистора и второго диода, включенного параллельно переходу эмиттер - база второго транзистора.

На рис. 3 приведены:

- диаграмма напряжения 21 на выходе генератора импульсов 16;

- диаграмма напряжения 22 на втором и третьем входах схемы сравнения 18;

- диаграмма напряжения 23 на выходе блока управления 9;

- диаграмма напряжения 24 на выходе эмиттерного повторителя 10;

- диаграмма напряжения 25 на затворе полевого транзистора 1;

- диаграмма напряжения 26 на стоке полевого транзистора 1.

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме. Допустим в начальный момент времени t0 (рис.3) на выходах генератора импульсов 16 и формирователя пилообразного напряжения 17 напряжение близко к нулю, при этом первый транзистор 13 с нагрузочным резистором 14 в цепи коллектора выключается. Через резистор 14 начинает заряжаться конденсатор 15 и на выходе эмиттерного повторителя 10 формируется импульс управления с пологим передним фронтом. Через резистор 11 и конденсатор 12 импульс управления поступает на затвор полевого транзистора 1, при этом, как известно, при напряжении его отпирания, в момент времени t1, образуется задержка нарастания фронта отпирающего импульса на время формирования переднего фронта напряжения на стоке полевого транзистора 1, при отпирании которого диод 4 закрывается и в дросселе 5 начинается процесс накопления энергии от источника входного напряжения. В момент времени t2 на входных выводах схемы сравнения 18 пилообразное напряжение пересекает напряжение с выхода усилителя обратной связи 19, при этом происходит изменение напряжения на выходе схемы сравнения 18 и на коллекторе первого транзистора 13. Конденсатор 15 разряжается и через эмиттерный повторитель 10, резистор 11 и конденсатор 12 формирует фронт запирания на затворе полевого транзистора 1, который запирается, и энергия, накопленная в дросселе 5, через диод 4, поступает в выходной конденсатор 7. С помощью регулирования скважности открытого и закрытого состояния полевого транзистора 1 напряжение на выходе стабилизатора постоянного напряжения поддерживается на заданном уровне. При изменении выходного напряжения, вызванного воздействием любого дестабилизирующего фактора, через делитель напряжения 8 происходит сравнение выходного напряжения с напряжением опорного элемента 20, и на выходе усилителя обратной связи 19 происходит соответствующее изменение выходного напряжения, которое изменяет момент срабатывания схемы сравнения 18, что вызывает изменение скважности управляющих импульсов первого транзистора 13 и, далее, полевого транзистора 1. При этом происходит компенсация изменения напряжения на выходе устройства на необходимую величину.

В известных устройствах по мере увеличения выходного напряжения длительность и скважность регулирующих импульсов полевого транзистора 1 увеличиваются, а длительность импульсов управления приближается к нулю. При этом усилительные элементы в промежутке между схемой сравнения 18 в связи с ограниченными амплитудно-частотными характеристиками переходят из линейного в резко нелинейную область преобразования. Это приводит к потере устойчивости системы стабилизации выходного напряжения и возникновению колебаний выходного напряжения с недопустимой амплитудой, что снижает надежность устройств.

Техническим результатом изобретения являются:

1. Введение дополнительного конденсатора 15 позволило затянуть фронт включения полевого транзистора 1 и при приближении длительности импульса управления на затворе полевого транзистора 1 к некоторой критической величине, например в момент времени t3, полевой транзистор 1 перестает работать в ключевом режиме, а переходит в линейный режим работы и процесс накопления энергии в дросселе 5 замедляется. В дальнейшем при увеличении входного напряжения и снижении требуемой величины накопления энергии дросселем 5 снижается амплитуда импульса управления и величина изменения напряжения на стоке полевого транзистора 1, а длительность импульса управления (t3, t4, t5) практически не изменяется. При этом удается избежать потери устойчивости системы стабилизации выходного напряжения и возникновения колебаний выходного напряжения с недопустимой амплитудой из-за перехода элементов блока управления из линейного в резко нелинейную область преобразования.

2. Введение разделительного конденсатора 12 позволяет избежать неопределенности в ограничении длительности импульса управления, при изменении напряжения срабатывания регулирующего полевого транзистора 1 и изменении выходных амплитудных характеристик блока управления 9 и эмиттерного повторителя 10, который обычно выполняется в виде комплементарной пары транзисторов, при воздействии любых дестабилизирующих факторов (температура, время, радиация и т.п.).

Кроме этого при достаточной мощности первого транзистора 13 возможно заменить диодом один из транзисторов комплементарной пары. При этом весь ток выключения полевого транзистора 1 будет замыкаться через первый транзистор 13.

Источники информации

1. http://www.fairchildsemi.com


СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 81-90 of 101 items.
21.03.2019
№219.016.eb58

Устройство синхронизации двух эвм

Изобретение относится к цифровой технике в области обмена информацией для обеспечения синхронного обмена двух однотипных электронно-вычислительных машин. Техническим результатом изобретения является обеспечение синхронной работы двух ЭВМ для синхронного обмена информацией с высокой надежностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682402
Дата охранного документа: 19.03.2019
30.03.2019
№219.016.fa0e

Способ контроля срабатывания контактов электромагнитного реле и устройство для его осуществления

Изобретение относится к устройствам контроля электронных коммутационных схем. Согласно изобретению контроль срабатывания контактов электромагнитного реле производится с помощью подключения конденсатора с накопленным тестовым электрическим зарядом малой мощности к проверяемым контактам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683577
Дата охранного документа: 29.03.2019
08.04.2019
№219.016.fe90

Устройство синхронизации работы граней в мажоритированных системах

Изобретение относится к цифровой технике. Техническим результатом является устройство, обеспечивающее синхронную запись в память каждой грани в системах с мажоритированием 2 из 3-х, в т.ч. при отказе одной из граней. Предлагаемое изобретение представляет собой устройство синхронизации работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684198
Дата охранного документа: 04.04.2019
11.04.2019
№219.017.0b48

Двухосный поворотный стенд

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к испытательному оборудованию, и предназначено для аттестации и верификации преобразователей инерциальной информации (ДУС, акселерометров, гироскопических устройств различного назначения), систем навигации (платформенных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684419
Дата охранного документа: 09.04.2019
31.05.2019
№219.017.70cb

Контейнер для оптико-электронных приборов

Изобретение может использоваться в приборостроении для защиты оптико-электронных приборов (ОЭП) от влияния окружающей среды, в том числе от температурных воздействий. Задачей изобретения является расширение нижней температурной границы эксплуатации до минус 50°С и исключение влияния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689898
Дата охранного документа: 29.05.2019
31.05.2019
№219.017.7136

Способ изготовления склеивающей прокладки

Изобретение относится к способу получения прокладок, склеивающих на основе эпоксидных смол и стеклотканей, применяемых для изготовления многослойных печатных плат, в том числе гибко-жестких. Для изготовления склеивающей прокладки осуществляют смешивание в мешалке растворителей - смеси толуола...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689593
Дата охранного документа: 28.05.2019
01.06.2019
№219.017.725f

Бесплатформенный инерциальный блок

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения и может быть использовано в летательных аппаратах, наземных и морских транспортных средствах для измерения векторов линейного ускорения и угловой скорости. Технический результат - повышение точности и надёжность. Для этого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690004
Дата охранного документа: 30.05.2019
19.06.2019
№219.017.8803

Автостереоскопический дисплей с квазинепрерывным спектром ракурсов

Изобретение относится к области стереоскопической видеотехники, а именно к автостереоскопическим (безочковым) устройствам, и может быть использовано для получения объемного изображения на экране телевидеосистемы. Технический результат - улучшение пространственного разрешения и цветопередачи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002306678
Дата охранного документа: 20.09.2007
27.08.2019
№219.017.c405

Способ и устройство асинхронного последовательного интерфейса обмена информацией и его модификации

Изобретение относится к цифровой технике в области обмена информацией. Технический результат заключается в создании надежного асинхронного интерфейса и необходимых для его работы контроллера и оконечного устройства (ОУ), которые обеспечат обмен 32-разрядными словами с высокой скоростью передачи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698285
Дата охранного документа: 23.08.2019
16.01.2020
№220.017.f585

Устройство формирования приоритетов при обращении к общей памяти нескольких устройств

Изобретение относится к области обработки информации. Техническим результатом является создание устройства формирования приоритетов, включение которого в управляющую машину позволит повысить скорость обработки данных при одновременном обращении к общей памяти (ОП) нескольких устройств. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710912
Дата охранного документа: 14.01.2020
Showing 71-71 of 71 items.
01.06.2023
№223.018.747c

Резервированный делитель частоты

Изобретение относится к цифровой технике в делителях частоты с большим коэффициентом деления при асинхронных входных сигналах и может быть использовано в космической, авиационной, кораблестроительной и других отраслях. Техническим результатом является построение делителей частоты с увеличенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002785274
Дата охранного документа: 05.12.2022
+ добавить свой РИД